[发明专利]一种采用线阵图像二值化区域投影的轨枕定位及计数方法

说明书

本发明公开一种采用线阵图像二值化区域投影的轨枕定位及计数方法，属于轨道巡检技术领域。采用线阵扫描成像系统拍摄轨道路面图像，选取轨道图像中只包含轨枕的检测区域，对检测区域进行二值化处理，并去除二值化图像中面积较小的干扰区域，得到二值化区域图像，对二值化区域图像进行行投影，对行投影曲线二值化处理，提取二值化行投影曲线方波左右两侧坐标，实现轨枕定位，根据二值化行投影曲线方波个数统计轨枕数量。本发明轨枕计数方法具有良好抗干扰能力和鲁棒性，可用于基于轨枕计数的里程计算，为轨道巡检系统提供里程定位信息。

技术领域

本发明涉及轨道巡检技术领域，特指一种采用线阵图像二值化区域投影的轨枕定位及计数方法。

背景技术

轨道交通包括普通铁路、高速铁路、地铁等，在国民经济发展、人民生活出行中发挥着重大作用。为保证轨道交通运行安全，轨道交通运营部门需定期对轨道安全进行巡检。具体巡检内容包括：铁轨几何参数检测，铁轨扣件松动、缺失、裂纹等异常检测，铁轨磨损检测，弓网线路检测，路面异物检测等。

目前，铁轨几何参数检测，主要采用惯导系统、激光图像测量系统，用于自动检测轨道几何参数；扣件异常检测，主要采用人工巡检。近期，也有学者将图像检测、惯性导航、激光测量等自动化检测技术引入轨道巡检中。

在自动巡检系统中，通常需将所检测的异常结果与里程关联，作为事后维修时定位依据。目前，我国轨道巡检系统多常采用光电编码器、GPS定位系统用于里程计数。由于GPS在隧道、山区等环境下定位会受到严重影响，目前，多采用光电编码器用于里程计数，再采用间隔y Km处设置RFID电子标签对里程计数进行修正，y的取值为1～10。但是，在yKm以内，采用光电编码器进行里程计数时，还存在这样的问题：1)当光电编码器安装在列车或检测平台的驱动轮上时，在列车或检测平台启动或刹车时，驱动轮在铁轨上容易打滑，产生里程计数误差；2)当光电编码器安装于列车或检测平台的随动轮(随动轮自身不具备驱动能力，跟随列车或检测平台在铁轨上滚动)时，虽然在列车或检测平台启动或刹车时，随动轮不会有明显打滑现象发生，但是，在列车或检测平台运动过程中，随动轮与铁轨之间存在一定的相对运动，即存在轻微打滑现象，从而使里程计数存在累积误差。当我们采用随动轮驱动的线阵摄像机对轨道路面进行线阵扫描成像时，在扫描的初期，2次线阵扫描成像结果基本可以重合，如图1所示，但是，随着扫描距离的增加，光电编码器的累积误差效应变得非常明显，如图2所示(图1所位置到图2所示位置的距离仅有20m)。对于扣件、轨道损伤等异常检测而言，定位精度<0.5m。当y＝1、光电编码器累积误差为1％时，里程定位偏差将达到10m，这显然不能满足实际应用需求。

由于铁路轨枕安装位置固定，而且间隔已知，因此，可通过对铁轨轨枕或扣件计数实现高精度里程计数。为此，专利CN2016112135719提出一种利用机器视觉对铁轨扣件计数，进行里程计数的方法。该方法同光电编码器、光电测距传感器及GPS定位系统等扣件定位方法相比，具有定位精度高、无累积误差等优势。但是，专利CN2016112135719中采用面阵摄像机用于获取扣件图像，需要精准的扣件触发成像控制系统，才能保证所扣件拍摄图像中同一扣件只出现一次。在没有扣件触发成像控制系统时，当检测平台运行速度大于摄像机拍摄速度时，拍摄图像中会遗漏扣件，导致里程计数错误；当检测平台运行速度小于摄像机拍摄速度时，同一个扣件会出现在多幅图像中，需要在拍摄图像中剔除多余的扣件图像，从而增加计算复杂度。此外，该专利采用硬阈值检测方法直接对扣件区域进行处理还存在这样的问题：1)硬阈值方法容易受到图像亮度变化干扰，不能较好地适应场景中亮度变化；2)直接对扣件区域进行处理时，还容易受到扣件异常干扰，比如扣件缺少和扣件存在两种情况下，相同阈值的检测结果是不同的，从而影响检测结果的可靠性。为此，迫切需要一种可为自动巡检系统提供高精度里程计数的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁路轨枕定位和计数方法，以用于轨道交通自动巡检高精度里程计数，以解决现有里程计数方法精度低、可靠性差等问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：